Charakterystyka i rodzaje rybozymów



The rybozymy są to RNA (kwas rybonukleinowy) o zdolności katalitycznej, czyli zdolne do przyspieszania reakcji chemicznych zachodzących w organizmie. Niektóre rybozymy mogą działać samodzielnie, podczas gdy inne potrzebują obecności białka, aby skutecznie przeprowadzić katalizę.

Odkryte do tej pory rybozymy biorą udział w reakcjach generowania transferowanych cząsteczek RNA oraz w reakcjach łączenie: transestryfikacja związana z usuwaniem intronów z cząsteczek RNA, czy to przekaźnika, transferu czy rybosomu. W zależności od ich funkcji, są one podzielone na pięć grup.

Odkrycie rybozymów wzbudziło zainteresowanie wielu biologów. Te katalityczne RNA zostały zaproponowane jako potencjalny kandydat na cząsteczki, które prawdopodobnie doprowadziły do ​​powstania pierwszych form życia.

Ponadto, jak wiele wirusów używa RNA jako materiału genetycznego, a wiele z nich jest katalitycznych. Dlatego rybozymy oferują możliwości tworzenia leków, które starają się zaatakować te katalizatory.

Indeks

  • 1 Perspektywa historyczna
  • 2 Charakterystyka katalizy
  • 3 Rodzaje rybozymów
    • 3.1 Introny grupy I
    • 3.2 Introny grupy II
    • 3.3 Introny grupy III
    • 3.4 Rybonukleaza P
    • 3.5 Bakteryjny rybosom
  • 4 Ewolucyjne implikacje rybozymów
  • 5 referencji

Perspektywa historyczna

Przez wiele lat uważano, że jedynymi cząsteczkami zdolnymi do uczestniczenia w katalizie biologicznej są białka.

Białka składają się z dwudziestu aminokwasów - każdy o różnych właściwościach fizycznych i chemicznych - które pozwalają na grupowanie ich w szeroką gamę złożonych struktur, takich jak helisy alfa i arkusze beta.

W 1981 r. Nastąpiło odkrycie pierwszego rybozymu, kończąc paradygmat, że jedynymi cząsteczkami biologicznymi zdolnymi do przeprowadzenia katalizy są białka..

Struktury enzymów pozwalają na pobranie substratu i przekształcenie go w określony produkt. Cząsteczki RNA mają również tę zdolność do składania i katalizowania reakcji.

W rzeczywistości struktura rybozymu przypomina enzym, z wszystkimi jego najważniejszymi częściami, takimi jak miejsce aktywne, miejsce wiązania substratu i miejsce wiązania kofaktora..

RNAza P była jednym z pierwszych odkrytych rybozymów i składa się zarówno z białek, jak i RNA. Bierze udział w generowaniu transferowych cząsteczek RNA, począwszy od większych prekursorów.

Charakterystyka katalizy

Rybozymy są katalitycznymi cząsteczkami RNA zdolnymi do przyspieszania reakcji przenoszenia grupy fosforylowej o rzędy wielkości 10.5 do 1011.

W eksperymentach laboratoryjnych wykazano również, że uczestniczą w innych reakcjach, takich jak transestryfikacja fosforanu.

Rodzaje rybozymów

Istnieje pięć klas lub typów rybozymów: trzy z nich uczestniczą w reakcjach samo modyfikujących, podczas gdy pozostałe dwie (rybonaza P i rybosomalny RNA) wykorzystują inny substrat w reakcji katalitycznej. Innymi słowy, cząsteczka inna niż katalityczny RNA.

Introny grupy I

Ten typ intronów znaleziono w mitochondrialnych genach pasożytów, grzybów, bakterii, a nawet wirusów (takich jak bakteriofag T4).

Na przykład w pierwotniaku gatunku Tetrahymena thermofila, intron jest usuwany z prekursora rybosomalnego RNA w szeregu etapów: najpierw nukleozyd lub nukleozyd guanozynowy reaguje z wiązaniem fosfodiestrowym łączącym intron z reakcją transestryfikacji eksonu.

Następnie wolny ekson wykonuje tę samą reakcję w wiązaniu fosfodiestrowym egzon-intron na końcu grupy akceptora intronu.

Introny grupy II

Introny grupy II są znane jako „autoempalme”, ponieważ te RNA są zdolne do samowiążenia. Introny tej kategorii znajdują się w prekursorach mitochondrialnego RNA w linii grzybów.

Grupy I i II oraz rybonukleazy P (patrz poniżej) są rybozymami charakteryzującymi się tym, że są dużymi cząsteczkami, mogą osiągać do kilkuset nukleotydów długości i tworzyć złożone struktury.

Introny grupy III

Introny grupy III są nazywane „autokortowalnym” RNA i zostały zidentyfikowane w patogennych wirusach roślin.

Te RNA mają właściwość polegającą na tym, że mogą się przeciąć w reakcji dojrzewania genomowych RNA, zaczynając od prekursorów z wieloma jednostkami.

W tej grupie jest jednym z najbardziej popularnych i badanych rybozymów: rybozymowy młotek. Występuje w zakaźnych środkach rybonukleinowych roślin, zwanych wiroidami.

Środki te wymagają procesu samo-rozszczepiania w celu namnażania i produkowania kilku kopii samych siebie w ciągłym łańcuchu RNA.

Wiroidy muszą być oddzielone od siebie, a reakcja ta jest katalizowana przez sekwencję RNA znajdującą się po obu stronach regionu wiążącego. Jedną z tych sekwencji jest „młotek” i ma on na celu podobieństwo struktury drugorzędnej do tego instrumentu.

Rybonukleaza P

Czwarty rodzaj rybozymów jest tworzony zarówno przez cząsteczki RNA, jak i białka. W rybonukleazach struktura RNA jest niezbędna do przeprowadzenia procesu katalitycznego.

W środowisku komórkowym rybonukleaza P działa w taki sam sposób, jak katalizatory białkowe, przez cięcie prekursorów transferu RNA w celu wytworzenia dojrzałego końca 5 '.

Kompleks ten jest w stanie wykonać rozpoznawanie motywów, których sekwencje nie zmieniły się w trakcie ewolucji (lub zmieniły się bardzo niewiele) prekursorów transferowego RNA. Aby związać substrat z rybozymem, nie wykorzystuje on w dużym stopniu komplementarności między zasadami.

Różnią się od poprzedniej grupy (rybozymy hammerhead) i RNA podobnymi do tego, dzięki produktowi końcowemu cięcia: rybonukleaza wytwarza fosforan o końcu 5 '.

Rybosom bakteryjny

Badania struktury rybosomu bakterii pozwoliły stwierdzić, że ma to również właściwości rybozymu. Miejsce odpowiedzialne za katalizę znajduje się w podjednostce 50S.

Ewolucyjne implikacje rybozymów

Odkrycie RNA o zdolnościach katalitycznych doprowadziło do powstania hipotez związanych z pochodzeniem życia i jego ewolucją w początkowych stadiach.

Ta cząsteczka jest podstawą hipotezy „pierwotnego świata RNA”. Kilku autorów popiera hipotezę, że miliardy lat temu życie musi zaczynać się od pewnej cząsteczki, która ma zdolność katalizowania własnych reakcji.

Zatem rybozymy wydają się być potencjalnymi kandydatami na te cząsteczki, które zapoczątkowały pierwsze formy życia.

Referencje

  1. Devlin, T. M. (2004). Biochemia: podręcznik z zastosowaniami klinicznymi. Odwróciłem się.
  2. Müller, S., Appel, B., Balke, D., Hieronymus, R. i Nübel, C. (2016). Trzydzieści pięć lat badań nad rybozymami i katalizą kwasów nukleinowych: gdzie dziś stoimy? F1000Research, 5, F1000 Faculty Rev-1511.
  3. Strobel, S. A. (2002). Rybozym / katalityczny RNA. Encyklopedia biologii molekularnej.
  4. Voet, D., Voet, J. G., i Pratt, C. W. (2014). Podstawy biochemii. Ed. Panamericana Medical.
  5. Walter, N. G., i Engelke, D. R. (2002). Rybozymy: katalityczne RNA, które tną rzeczy, tworzą rzeczy i wykonują dziwne i użyteczne prace. Biolog (Londyn, Anglia), 49(5), 199.
  6. Watson, J. D. (2006). Biologia molekularna genu. Ed. Panamericana Medical.